CN110214057B - 用于对受保护表面的防污的装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于在与如海水的液体接触时的海事结构物(50)的表面(30)的防污的装置。所述装置具有浮置电极以及被耦合到与液体接触的导体上的电源(130)，所述导体跨所述海事结构物分布以提供跨所述表面的受保护区域(40)的电势。所述浮置电极(110)被布置在覆盖受保护区域的表面上。每个浮置电极具有与所述表面电隔离的导电层以及用于分离导电层和液体的介电层(112)。所述电源被布置为生成电压脉冲，所述电压脉冲用于由于所述电势的变化而对所述浮置电极充电和放电，以在所述介电层处的液体中生成充电电流和放电电流。有效地，这样的电流防止或至少减少了生物污染。

Description

用于对受保护表面的防污的装置
技术领域
本发明涉及用于在与含有生物污损生物(biofouling organisms)的液体接触时的海事结构物(例如，海水中的船舶)的表面的防污的装置。
背景技术
暴露于水的表面在其寿命的至少一部分期间的生物污染是公知的现象，这在许多领域中引起实质性问题。例如，在航运领域，已知船体上的生物污染导致船舶阻力的严重增加，并且由此导致船舶的燃料消耗增加。在这方面，估计燃料消耗的高达40％的增加会归因于生物污染。
通常，生物污染是微生物、植物、藻类、小动物等在表面上的累积。根据一些估计，包含超过4000种生物体的超过1800种物种会造成生物污染。因此，生物污染是由各种各样的生物体引起的，并且涉及的不仅仅是藤壶和海藻附着在表面上。生物污染被分为包括生物膜形成和细菌粘附的微污染，以及包括较大生物体附着的宏污染。由于独特的化学和生物学决定了什么阻止其沉淀，生物体也被归类为硬的或软的。硬污损生物包括石灰质生物体，诸如藤壶、结壳苔藓虫、软体动物、多毛类和其他管虫以及斑马贻贝。软污损生物包括非钙质生物体，诸如海草、水合物、藻类和生物膜“粘液”。这些生物体一起形成污染群落。
如先前所提到的，生物污染产生了实质性问题。生物污染会导致机器停止工作以及进水口堵塞，仅提到了上文所提到的船舶阻力增加之外两个其他负面后果。因此，抗生物污染的主题，即，去除或防止生物污染的过程，是众所周知的。
WO 2014/188347 A1公开了一种在表面至少部分地浸没在液体环境中、特别是水性或油性环境中时对所述表面的防污的方法。所述方法涉及从紧密靠近受保护表面的光学介质提供防污光。所述防污光可以是紫外光。通过应用从WO 2014/188347获知的方法，能够利用发射杀菌光的层覆盖受保护表面以至少在很大程度上保持免受生物污染。
发明内容
根据上述内容可知，WO 2014/188347通过使用发光装置解决了防污的问题。然而，所述发光装置的生产、安装和操作相对复杂并且昂贵。
本发明的目的是以更方便的方式来提供对表面的防污。
根据本发明，提供了一种用于在与含有生物污损生物的液体接触时的海事结构物的表面的防污的装置，所述装置包括：
-电源，其具有被耦合到与液体接触的第一导体的第一极以及被耦合到与液体接触的第二导体的第二极，所述第一导体和所述第二导体跨所述海事结构物分布以提供跨所述表面的受保护区域的电势；以及
-一个或多个浮置电极，其被布置为覆盖所述受保护区域，每个浮置电极包括与所述表面电隔离的导电层以及用于分离所述导电层与所述液体的介电层；
所述电源被布置为生成电压脉冲，所述电压脉冲用于由于所述电势的变化而对所述浮置电极充电和放电，以在所述介电层处的液体中生成充电电流和放电电流。
根据本发明的另外的方面，提供一种具有在与含有生物污损生物的液体接触时要受到保护的表面的海事结构物，所述海事结构物包括如上文所限定的装置，其中：
-所述第一导体和所述第二导体跨所述海事结构物分布以提供跨所述表面的受保护区域的电势；
-所述电源具有被耦合到所述第一导体的第一极以及被耦合到所述第二导体的第二极；并且
-所述一个或多个浮置电极被附着在覆盖所述受保护区域的所述海事结构物的表面上。
根据本发明的另外的方面，一种用于安装如上文所限定的装置的方法，所述方法包括：
-将所述一个或多个浮置电极应用于在与含有生物污损生物的液体接触时要保护不受污染的海事结构物的表面上以覆盖所述表面的受保护区域；
-将所述第一导体和所述第二导体跨所述海事结构物分布以提供跨所述受保护区域的电势；
-在所述海事结构物中或者在所述海事结构物上提供电源；并且
-将所述第一极耦合到所述第一导体，并且将所述第二极耦合到所述第二导体。
根据本发明的另外的方面，提供一种操作如上文所限定的装置的方法，
所述一个或多个浮置电极位于要保护不受污染的海事结构物的表面上以覆盖所述表面的受保护区域，所述海事结构物与含有生物污损生物的液体接触；
每个浮置电极包括与所述表面电隔离的导电层以及将所述导电层与所述液体分离的介电层；
第一导体和第二导体跨所述海事结构物分布以提供跨所述受保护区域的电势；
所述方法包括：
-在所述第一导体与所述第二导体之间生成电压脉冲，所述电压脉冲用于由于跨所述受保护区域的电势的变化对所述浮置电极充电和放电，以在所述介电层处的液体中生成充电电流和放电电流。
上述特征具有这样的效果：当实践本发明时，提供了一种防污装置，其有效地防止受保护表面的生物污染。
所述表面的受保护区域例如能够是船体的部分，但是所述装置同样适用于与任何类型的污染液体接触的任何类型结构的其他表面，例如，位于海水或湖泊中的石油钻塔或风力涡轮机或者任何其他液体环境中的设备。在当前文献中，这样的各种结构被称为海事结构物。
在所述表面上，布置一个或多个浮置电极覆盖所述受保护区域。每个浮置电极具有导电层，所述导电层与所述表面电隔离。所述浮置电极还具有将所述导电层与所述液体分离的介电层。例如，能够通过所述海事结构物上的一个或多个涂层和/或所述浮置电极的背侧来实现与所述表面的隔离。所述介电层可以通过所述导电层上的涂层或覆盖层而容易地形成，例如通过嵌入在隔离材料中的导电层来形成。
如下文所解释的，电源在所述介电层处的液体中引起充电电流和放电电流。由于跨由所述浮置电极覆盖的受保护表面上发生的这样的电流，生物污损生物似乎被杀死、驱走或者至少防止附着到所述受保护表面。有利地，所述浮置电极相对便宜以提供在所述表面上。此外，所述介电层充当覆盖层，其在物理上保护所述导电层免受液体影响。
所述电源生成电压脉冲以产生电势的变化，以在所述介电层处的液体中生成充电电流和放电电流。当液体的局部电势增大或减小时，由所述导电层和所述介电层形成的电容器将被充电和放电。每平方米的电流量取决于每平方米的有效电容和电势的变化率，以及由电容器、液体、第一导体和第二导体和电源构成的充电电路中的有效电阻。
所述电源具有被耦合到与液体接触的第一导体的第一极以及被耦合到与液体接触的第二导体的第二极。所述第一导体和所述第二导体位于所述受保护区域外部。例如，所述第一导体例如可以由被安装在隔离材料上并且与液体直接接触的一个或多个电极来形成，类似于用于阴极保护的阳极。所述第二导体可以由所述海事结构物的导电部分构成，所述导电部分与液体直接接触，诸如螺旋推进系统的舵、螺钉或者其他元件。一个或多个第一导体被安装在与所述第二导体相对于所述受保护区域的位置基本相对的位置处，以便提供跨所述表面的受保护区域的电势。电源被布置为有效地为被安装在海事结构物上的所有电容提供充电电流，所述海事结构物经由被耦合到所述电源的极的所述第一导体和第二导体来供电。
任选地，所述电源被布置为以所需的每秒伏特速率来生成具有上升斜率或下降斜率的电压脉冲，以生成防污所需的充电电流或放电电流。上述充电电路由于所述电容和所述有效电阻而有效地具有时间常数，并且所需的速率优选超过由于所述时间常数引起的充电电流的电流斜率，从而生成最大强度的充电电流或放电脉冲。
在所述装置的实施例中，所述电源被布置为通过接通和断开DC电压来生成具有上升斜率和下降斜率的电压脉冲。在实践中，DC电源能够容易地设置有开关电路，例如，功率FET或其他开关，用于连接和断开到第一导体或第二导体的DC电力。有利地，由于所述开关电路，任何开关操作将导致具有陡峭斜率的脉冲。任选地，所述电源被布置为通过断开电压而生成具有构成上升斜率的斜变的电压脉冲以及具有下降斜率的电压脉冲，所述斜变限制用于对所述浮置电极充电的充电电流量。有利地，通过在电压脉冲的开始处提供斜变，所述充电电流的量受到限制，因为电容器的充电电流取决于电压斜变的变化率。
在所述装置的实施例中，所述电源被布置为生成在上升斜率与下降斜率之间具有有限的持续时间的电压脉冲，所述持续时间被限制为使得所述充电电流能够对所述浮置电极充电并且限制由于泄露电流引起的浮置电极的后续放电。基于充电电路的上述时间常数来选择有限的持续时间，以便使电容器被基本上完全充电。同样地，由于泄漏电流可能发生在例如船体上，所以浮置电容器可能缓慢放电，这在电压脉冲以下降斜率终止时减少了任何放电电流。有利地，可以将有限的持续时间选择为尽可能短，以限制由泄漏电流引起的放电电流的降级。
在所述装置的实施例中，所述第一导体被布置用于构成阳极，并且所述第二导体包括海事结构物的与构成阴极的液体直接接触的导电部分；并且所述电源还被布置为通过在阳极与阴极之间生成平均DC分量来产生所述海事结构物的外加电流阴极保护(ICCP)。有利地，所述装置现在组合了ICCP和基于(放电)充电浮置电容器的防污保护。任选地，所述电源可以被布置为通过对电压脉冲的脉宽调制来生成平均DC分量。备选地或另外地，所述电源可以被布置为通过提供添加到电压脉冲的连续DC偏移电压来生成平均DC分量。
在所述装置的实施例中，所述导电层通过所述海事结构物的所述表面的涂层与所述海事结构物隔离。备选地或另外地，所述导电层可以通过构成所述介电层的涂层与所述液体隔离。有利地，所述涂层和所述导电层中的至少一个可以通过喷涂或涂漆来提供。例如，可以在喷涂期间使用掩模将隔离层施加到船上，然后是图案化的金属层，并且在喷涂之后去除所述掩模，并且最后喷涂构成介电层的覆盖层。
在所述装置的实施例中，所述装置包括隔离材料箔，所述箔包括彼此相邻定位的多个导电层。任选地，所述导电层通过构成所述介电层的隔离材料与所述液体隔离；和/或所述导电层通过所述隔离材料与所述受保护表面隔离。备选地或另外地，所述一个或多个导电层可以被嵌入在靠近液体的隔离材料中，用于构成具有有限厚度的介电层，所述隔离材料还构成在所述导电层与所述海事结构物的表面之间的分离层，所述分离层的厚度远高于所述有限厚度。在这样的箔中，所述导电层可以相对靠近所述箔的前侧而嵌入以与所述液体接触。所述箔的背侧可以被粘合到所述海事结构物的表面。在所述箔中，导电层可以彼此相邻放置，例如，由隔离材料的小轨道分离一层的部分。
同样地，导电材料的单独贴片可以位于所述箔中的两个单独层中，这两个层通过中间层彼此隔离。当处于待电隔离的所述两个不同层处的情况下从所述箔的表面观察时，不同层中的贴片可以直接相邻或者甚至略微重叠地布置。
任选地，所述装置包括片状的隔离材料拼片(tile)，所述拼片包括一个导电层或者彼此相邻定位的多个导电层，所述多个导电层类似于上述箔片中的定位而被定位。
有利地，这样的箔或拼片能够被容易地施加到待保护的表面区域，例如，通过粘合。在这样的安装期间，箔或拼片的些部分可以重叠，以避免在没有浮置电极的情况下中断受保护区域，并且可能发生降低的防污效果。
同样地，所述箔或拼片可以被施加到较早受保护但受损的区域，导致在所述导电层与液体和/或海事结构物的表面之间的短路。因此，对受损区域的修复可能相对容易，例如，可以由贴纸修补划痕。所述贴纸可以包括例如夹置在两个隔离箔之间的金属箔，或者隔离器的顶部上的金属层，其最终被涂覆或涂漆。
在安装有所述装置的海事结构物的实施例中，多个所述浮置电极包括以互补形式成形的所述导电层的图案，每个导电层构成由中断(interruption)与相邻浮置电极分离的浮置电极。所述中断提供电隔离并且相对于所述浮置电极相对较小。备选地或另外地，多个浮置电极包括部分重叠的浮置电极，所述重叠浮置电极的导电层由隔离材料分离，所述隔离材料在所述部分重叠的浮置电极的重叠部分之间提供电隔离。
本发明适用于各种情景。例如，根据本发明的装置可以被应用于船舶的情景中。因此，任选地，海事结构物具有包括上述装置的外表面，其中，所述浮置电极被附接到所述表面，用于在浸入含有生物污损生物的污染液体中时防止表面污染。同样地，在用于安装上述装置的方法中，所述方法包括将所述浮置电极附接到海事结构物的表面用于在浸入在含有生物污损生物的污染液体中时防止表面污染的步骤。此外，预见到了上述装置的操作使用，而浮置电极被安装在海事结构物的表面上。然后，所述电源生成所述电压脉冲。
附图说明
参考在以下描述中并且参考附图以示例方式描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并且进一步阐明，在附图中：
图1示出了用于对海事结构物的表面的防污的装置；
图2示出了具有防污装置的海事结构物的示例；
图3示出了充电电流和放电电流的示例；并且
图4示出了箔中的浮置电极的示例。
这些图纯粹是图解性的，并未按比例绘制。在附图中，对应于已经描述的元件的元件可以具有相同的附图标记。
具体实施方式
在下文中，将参考使用本发明的应用场景来解释本发明。
图1示出了用于海事结构物的表面的防污的装置。海事结构物50被部分地以截面示出。在使用中，所述海事结构物与含有生物污损生物的液体(例如，海水)接触。假设液体(例如，海水、湖水或者任何其他水环境)是导电的。所述装置具有电源130以及被布置在所述表面上的多个浮置电极110。被覆盖的所述表面的部分被称为受保护区域40，如箭头所指示的。
所述电源具有第一极131，第一极131被耦合到与所述液体接触的第一导体121，例如延伸到液体中的金属电极。所述电源还具有第二极132，第二极132被耦合到与所述液体接触的第二导体122。在该图中，所述海事结构物被示为由涂层或漆层60覆盖。所述第二导体由所述海事结构物的裸露区域(例如，船舵)形成。例如，对于完全涂漆的船舶，螺旋桨通常未上漆并且与内船体电连接。船体在地面或负电势处被耦合到所述电源的一个极，并且因此螺旋桨也处于该电势。替代或者除了使用海事结构物的现有部分之外，所述第二导体还可以具有延伸到液体中的一个或多个金属电极。在使用中，所述第一导体和所述第二导体跨所述海事结构物分布地定位。所述电源在所述导体之间生成电压差，以便提供跨受保护区域40的电势。参考图2进一步阐明所述电势。
浮置电极110被布置成覆盖所述受保护区域。每个浮置电极具有与所述表面电隔离的导电层，该图示出了四个这样的电极。在实践中，大量电极将被定位在待保护的表面上。在示例性实施例中，与所述海事结构物的隔离由漆层60形成，并且导电层嵌入在隔离材料111中。所述隔离材料还形成介电层112，介电层112将所述导电层与所述液体分开。
任选地，所述导电层可以如下所述作为金属层被施加到所述表面上。在施加所述金属层之前，通过所述海事结构物的所述表面上的涂层或漆层来隔离所述表面。然后，在涂层或漆层上提供导电形状，例如隔离表面上粘附的金属箔。任选地，可以通过喷涂导电涂料，同时使用在形状之间提供中断的掩模，来形成形状的图案。同样地，可以首先提供金属层，并且随后被局部地中断以形成隔离的贴片。最后，通过构成介电层的隔离材料的另外的涂层或漆层来隔离所述导电层与所述液体。
如现在所阐明的那样，所述电源被布置为生成电压脉冲，所述电压脉冲用于由于电势的变化而对所述浮置电极充电和放电，以在介电层处的液体中生成充电电流和放电电流。
图2示出了具有防污装置的海事结构物的示例。在该示例中，海事结构物50是船体，如俯视图中示意性示出的。所述船体被隔离层260(例如，一个或多个漆层)覆盖。在船体电极上，两个所谓的阳极221位于前端，并且两个阴极222位于船的后端。阴极可以由船的螺钉、螺钉和/或舵形成，其是船的非隔离部分。电源(未示出)被连接在所述第一电极与所述第二电极之间，以生成用于对所述浮置电容器充电和放电所需的电压脉冲。
该图通过灰色箭头230示出了在受保护区域上的电势，该箭头指示经由液体从第一导体流到第二导体的电流。同样地，该图示出了具有相同电势的线231，也被称为等势线。在该示例中，在阳极处的电势被示为30伏，并且在阴极处的电势被示为0伏。在所述导体之间，在浮置电极210(仅示出了数个)附近指示15伏的电势。所述电极由被隔离层211覆盖的金属层形成，例如，喷涂在所述金属层上的另一漆层或涂层，所述隔离层形成将金属层与导电液体分开的介电层。因此，所述浮置电极与所述介电层和所述液体组合形成电容器。
在电压脉冲的开始之后，例如，通过将DC电压连接到阳极的开关，所述浮置电极被充电。所述电极的电势被指示为x伏。所述船体被耦合到所述阴极并且保持在0伏，如由虚线箭头所指示的。如果在所述船体与所述浮置电极之间有效地形成低电容，则电极将被充电至接近15伏。实际上，x的值取决于所述电容与所述液体的比率以及电极与船体的电容。如果这两个介电层具有相同的有效厚度，则液体中15伏的电势将使电容器充电至7.5伏。通过在船体上提供相对薄的顶部覆盖层和相对厚的漆层，电势将更高，与这两个电容的比率成比例。
假设所述电源能够递送用于对所述电容器充电所需的电流。然而，在实践中，来自所述电源的电流可能受到限制，并且所述液体也可能具有一些电阻。因此，所述电容器将通过具有根据时间常数的斜率的电压脉冲来充电，如在图3中所图示的。
在电压脉冲结束后，例如，通过关闭DC电源或者根据由电源确定的脉冲持续时间，跨所述海事结构物的电势将为零，并且所述浮置电极将放电。充电电流和放电电流将经由液体以及第一导体和第二导体而流动。特别地，充电电流和放电电流也将在介电层处流动，即，在介电层与液体接触的隔离材料的表面处流动。通过在该表面处发生的充电电流和/或放电电流，防止或者至少减少了在该表面处的生物污染。
为了抵御对钢船体的自然腐蚀，大多数船舶被涂覆或涂漆，并且另外常常还配备有被动或主动阴极保护系统，使得当保护涂层或漆局部失效时，船体保持防止自然腐蚀。被动系统使用牺牲性锌、铝或铁阳极，其随时间电化学溶解。为了保护未上漆的螺旋桨和未上漆的船体部分免受腐蚀，可以向这些部分发送电流(DC)，被称为外加电流。由于海水润湿了所有这些部分，因此可以使用正电势的海水润湿的阳极来到达所有这些部分。这样的主动系统在使用由涂覆了钛或Pt/Ti(镀铂钛)的MMO-Ti(混合金属氧化物)制成的阳极时施加DC电流。对于将DC电流外加到海水(ICCP)的主动系统，需要仔细监视，因为过大的电流可能以更高的速率局部溶解船体。显然，防污解决方案不应当使阴极保护系统失效。因此，船体可以作为一个端子，并且海水可以用作将电路关闭到另一导体端子的高导电介质。
在实践中，一旦电容器被充电，电流消耗就降至零。经由相同阳极和阴极提供电流的ICCP系统也能够被用于对浮置电容器充电，例如，通过使用开关来创建脉冲。针对变化条件的调节可以通过例如使用脉宽调制或占空比自调整进行平均来完成，以提供所需的DC分量并且充分地对电容器充电以产生pH变化。当使用开关关闭阳极时以及阳极打开时，所述电容器将向裸露的螺旋桨充电。现在流出电容器的电流可以改变表面处的pH值以减少生物污染。注意，在也提供ICCP的系统中，放电电流方向等于ICCP电流方向。因此，不反对ICCP腐蚀保护。
图3示出了充电电流和放电电流的示例。在该图中，标记为V的顶部曲线表示跨由浮置电极、介电层和液体构成的电容器的电压。所述电压示出了具有上升斜率331和下降斜率332的电压脉冲。如上文所描述的，所述电源脉冲由所述电源生成。标记为Ic的下方曲线表示介电层到所述电容器的电流，特别示出了充电电流341和放电电流342。应当注意，在该示例中，上升斜率和下降斜率以及充电电流和放电电流具有互补的形状。在实践中，由于在充电和放电期间电源和/或开关电路的阻抗不同，电流和斜率可能不同。所述电源被布置为以所需的每秒伏特速率生成具有上升斜率或下降斜率的电压脉冲，以生成用于防污所需的充电电流或放电电流。
在实施例中，所述电源被布置为通过接通和断开DC电压来生成具有上升斜率和下降斜率的电压脉冲。电源开关(例如，功率FET或机电开关)可以被串联连接在电源的极和与所述液体接触的导体之间。实际上，在所述浮置电极上建立所述电势的速度取决于总的可用负载电流和海事结构物上所有浮置电极的总表面，以及经由液体的路径的有效电阻。海水的电阻是低的，例如十分之几欧姆，并且取决于海水的盐度和温度。所述电源可以被设计为提供大电流，以使所述电容器能够被快速地充电，即，速度仅受海水的电阻的限制。所述电源可以在输出端设置有大电解电容器或超级电容器，以在短充电间隔期间提供大电流。
例如，假设电阻为1欧姆，并且大型船舶上的浮置电极的总表面为15.000m2，并且每平方米的电容在1-10mF之间，则充电可能要在0.15秒与1.5秒之间。放电可能需要大约相同的时段，对于大型船舶约0.6-6秒。对于小型结构，可以施加更高的频率，因为总电容要低得多，例如，针对15m2为100Hz至1kHz。
可以使用具有用于连接和断开电力的开关的DC电源来执行相对慢的充电周期。所述开关可以是机械开关或继电器，或电子开关，例如功率FET。同样地，可以使用低频AC脉冲。为了避免在海事结构物中用作针对充电电流的导体的裸露部分生成氢气，所述浮置电容器仅被充电到数伏，例如，4伏。然后，对应的斜率约为4V/0.2sec＝20V/sec。
在实施例中，所述电源被布置为通过切断电压来生成具有构成上升斜率的斜变的电压脉冲，以及具有下降斜率的电压脉冲，所述斜变限制用于对所述浮置电极充电的充电电流量。在实施例中，所述充电电流可以小于所述放电电流。例如，所述电源在输出端处设置有限流器，以便限制总充电电流。有效地，如此受限的电压脉冲将具有作为上升斜率的斜变。通过将功率切换到零伏，或者将第二导体直接连接到第一导体，例如，将所述阳极连接到船体，所述放电电流仅受液体的阻抗的限制。有效地，所述总充电电流受限，而所述放电电流可能更大。
在实施例中，所述电源被布置为生成在上升斜率与下降斜率之间具有有限的持续时间的电压脉冲。有效地，所述脉冲仅需要足够长以对所述浮置电极充电，因为较长的脉冲仅需要由于电流从所述第一导体流到所述第二导体而需要额外的功率，如在图2中的电流箭头230所示的。所述持续时间也可以是限制为限制由于泄露电流引起的所述浮置电极的后续放电。所述泄露电流可以在带电的浮置电极与船体之间发生，例如，在漆层260包含一些导电颗粒时。
在用于防污的装置的实施例中，所述第一导体被布置用于构成阳极，并且所述第二导体包括与用于构成阴极的液体直接接触的所述海事结构物的导电部分；并且所述电源还被布置为通过在阳极与阴极之间生成平均DC分量来产生所述海事结构物的外加电流阴极保护。例如，通过生成适当长度的电压脉冲和脉冲之间的后续暂停，生成所需的平均DC分量。有效地，通过使用单个电源以及与阳极和阴极相同的导体，并且通过控制脉冲的脉冲宽度和电压，来组合防污和ICCP。因此，所述电源可以被布置为通过电压脉冲的脉宽调制来生成针对ICCP的平均DC分量。备选地或另外地，所述电源可以被布置为通过提供被添加到电压脉冲的连续DC偏移电压来生成平均DC分量。
在所述装置的实施例中，所述浮置电极被嵌入在隔离材料箔中。所述箔可以包括彼此相邻定位的多个导电层。所述箔可以被粘合到待保护的表面，所述表面首先被设置有隔离层，例如漆层或另外的箔。任选地，所述装置包括片状形式的隔离材料拼片。所述拼片可以具有一个导电层，在所述拼片的边缘处隔离。同样地，所述拼片可以具有彼此相邻定位的多个导电层。可以将多个拼片粘合到待保护的表面上。任选地，这样的箔或拼片在安装期间可以重叠。在导电层重叠的情况下，有效地形成串联的一些电容，同时仍然在前电容器处发生充电电流和放电电流。在箔和/或拼片中，所述导电层可以通过构成所述介电层的所述隔离材料与液体隔离。同样地，所述导电层可以通过所述隔离材料与受保护表面隔离。所述导电层可以被嵌入在靠近液体的隔离材料中，以形成具有有限厚度的介电层。所述隔离材料还可以构成所述导电层与所述海事结构物表面之间的分离层。所述分离层的厚度远高于有限的厚度。在所述浮置电极与所述液体之间的电容将远高于在所述浮置电极与所述海事结构物之间的所述电容。
当与含有生物污损生物的液体接触时，海事结构物可以具有待保护的表面。所述海事结构物可以被设置有如上文所描述的装置以防止生物污染。所述第一导体和所述第二导体跨所述海事结构物来分布，用于在被供电时，提供跨所述表面的受保护区域的电势。所述电源具有被耦合到所述第一导体的第一极以及被所述耦合到第二导体的第二极。所述浮置电极被附着在覆盖所述受保护区域的海事结构物的表面上。
图4示出了箔中的浮置电极的示例。在所述海事结构物的实施例中，多个浮置电极由以互补形式成形的所述导电层的图案提来供。该图示出了以虚线指示的顶视图中的箔400。所述箔具有被嵌入隔离材料411中的浮置电极410。所述箔可以在图的水平方向上连续，具有互补形式的浮置电极的连续图案。备选地，可以提供具有实际尺寸用于安装在海事结构物上的拼片，例如，1m×1m。这样的拼片可以具有互补形式的这样的图案。这样的图案中的个体电极可以具有0.1m至0.5m的边。应当注意，每平方厘米的充电电流和放电电流不取决于形状或边的尺寸。因此，较小的形状可能更实用，因为隔离材料的损伤(例如，划痕)将仅取出现在与液体直接接触的各个小电极。
所述浮置电极可以由金属层或者任何其他导电层形成，在各个浮置电极之间具有中断405。在所述导电层中，六边形被示为互补形式的示例。如果相邻形式的相邻部分被成形为使得在电极之间存在小的中断405，则各个隔离的浮置电极的形式被称为互补的。其他示例可以是正方形或矩形或三角形。每个浮置电极通过相邻浮置电极的中断而分离。中断405提供了电隔离，并且相对于浮置电极相对较小。在中断时，保护可能不太有效，因为局部不生成电流。因此，中断应当尽可能小。同样地，边可以是以互补方式的波状的或锯齿状的，以避免隔离材料的直线中断。
任选地，所述浮置电极可以部分地重叠，以避免所述中断(如顶视图所示的)，同时仍然被隔离材料的中间层来隔离(在截面中)。由于中间层，重叠的浮置电极的导电层由隔离材料来分离。所述隔离材料在部分地重叠的浮置电极的重叠部分之间提供电隔离。任选地，所述中间层相对于介电层相对较厚。
用于安装上述装置的方法具有以下步骤，被应用于待保护以防止在与含有生物污损生物体的液体接触时的污染。在第一步骤中，待保护的所述海事结构物的表面可以被漆有或涂有隔离层。在下一步骤中，可以将所述一个或多个浮置电极施加到所述海事结构物的表面以覆盖所述表面的受保护区域。同样地，所述第一导体和所述第二导体可以跨海事结构物分布以提供跨所述受保护区域的电势。在另外的步骤中，所述电源可以设置在海事结构物中或者在所述海事结构物上。最后，例如通过将所述第一极耦合到所述第一导体并且将所述第二极耦合到所述第二导体来连接所述电源。
操作上述装置中的任何装置的方法具有以下步骤。在操作开始之前，所述装置被安装在海事结构物上，并且所述浮置电极位于要保护不受污染的海事结构物的表面上以覆盖所述表面的受保护区域。每个浮置电极具有与所述表面电隔离的导电层和介电层，以将导电层与液体分离。同样地，所述第一导体和所述第二导体跨所述海事结构物分布，用于在被供电时，提供跨受保护区域的电势。
在操作中，所述海事结构物与含有生物污损生物的液体接触。所述方法涉及在第一导体与第二导体之间生成电压脉冲，所述电压脉冲用于由于跨所述受保护区域的电势的变化对所述浮置电极充电和放电，以在所述介电层处的液体中生成充电电流和放电电流。
本领域技术人员将清楚，本发明的范围并不限于前面所讨论的示例，而是可以进行若干修改和改进。尽快已经在附图和说明书中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述仅被认为是说明性或示例性的，而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。附图是示意性的，其中可以省略对理解本发明不需要的细节，并且附图不一定按比例。
根据研究附图、说明书和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现对所公开实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他步骤或元件，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。本领域技术人员将理解本文中使用的术语“包括”涵盖术语“由...组成”。因此，术语“包括”可以关于实施例意指“由...组成”，但是在另一实施例中可以表示“包含/包括至少所定义的种类和任选的一种或多种其他种类”。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制本发明的范围。
除非另外明确说明，否则针对特定实施例讨论或与特定实施例相关的元件和方面可以适当地与其他实施例的元件和方面组合。因此，在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。
在一般意义上，根据本发明的防污装置的基本功能是保护受保护的表面不受生物污染。因此，本发明适用于涉及污染风险的所有情况，其中，所述受保护表面至少在其寿命的部分期间浸入在含有生物污损生物的污染液体中。海水是这样的污染液体的公知示例。海事结构物可以具有表面，当浸入含有生物污损生物的污染液体中时，在该表面上应用上述防污装置以用于表面的防污。类似地，用于安装上述装置的方法包括将所述装置附接到海事结构物的表面并且提供被耦合到相应导体的电源的步骤。
最后，预见到了使用上述装置，特别是使用安装在海事结构物表面上的装置，用于在浸入含有生物污损生物的污染液体时的表面的防污。如上文所描述的，该用途要求浮置电极通过电源来充电和放电。例如，根据本发明的装置可以被应用在船体上。受保护表面的其他示例包括箱式冷却器的外表面、海底离岸设备的表面、如船舶的压载舱的水库的内壁，以及海水淡化厂中的过滤系统的过滤器表面。
总之，提供了一种用于在与如海水的液体接触时的海事结构物的表面的防污的装置。所述装置具有浮置电极以及被耦合到与液体接触的第一导体和第二导体的电源，这些导体跨海事结构物分布以提供跨表面的受保护区域的电势。所述浮置电极被布置在覆盖受保护区域的表面上。每个浮置电极具有与表面电隔离的导电层，以及将导电层和液体分离的介电层。所述电源被布置为生成电压脉冲，所述电压脉冲用于由于电势的变化而对浮置电极充电和放电，以在电介质层处的液体中生成充电电流和放电电流。有效地，这样的电流防止或减少了生物污染。

Claims (15)

1.一种用于在与含有生物污损生物的液体接触时的海事结构物(50)的表面(30)的防污的装置，所述装置包括：
-电源(130)，其具有被耦合到与所述液体接触的第一导体(121)的第一极(131)以及被耦合到与所述液体接触的第二导体(122)的第二极(132)以在所述第一导体(121)和所述第二导体(122)之间提供跨所述海事结构物的所述表面的受保护区域(40)的电势，所述第一导体和所述第二导体跨所述海事结构物分布；以及
-一个或多个浮置电极，其被布置为覆盖所述受保护区域，每个浮置电极包括与所述表面电隔离的导电层以及用于分离所述导电层与所述液体的介电层(112)；
所述电源被布置为在所述第一导体(121)和所述第二导体(122)之间生成电压脉冲，所述电压脉冲用于由于所述电势的变化而对所述浮置电极充电和放电，以在所述介电层处的所述液体中生成充电电流(341)和放电电流(342)。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电源(130)被布置为以所需的每秒伏特速率来生成具有上升斜率(331)或下降斜率(332)的所述电压脉冲，以根据所述防污的需要而生成充电电流或放电电流。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述电源(130)被布置为通过接通和断开DC电压来生成具有上升斜率和下降斜率的所述电压脉冲；或者，所述电源被布置为通过断开所述电压来生成具有构成所述上升斜率的斜变的所述电压脉冲以及具有下降斜率的所述电压脉冲，所述斜变限制用于对所述浮置电极充电的充电电流量。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述电源(130)被布置为生成在所述上升斜率与所述下降斜率之间具有有限的持续时间的所述电压脉冲，所述持续时间被限制为使得所述充电电流能够对所述浮置电极充电并且限制由于泄露电流引起的所述浮置电极的后续放电。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其中，
所述第一导体(121)被布置用于构成阳极，并且所述第二导体(122)包括所述海事结构物的与用于构成阴极的所述液体直接接触的导电部分；并且
所述电源(130)还被布置为通过在所述阳极与所述阴极之间生成平均DC分量来产生所述海事结构物的外加电流阴极保护。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述电源(130)被布置为通过对所述电压脉冲的脉宽调制来生成所述平均DC分量。
7.根据权利要求5所述的装置，其中，所述电源(130)被布置为通过提供被添加到所述电压脉冲的连续DC偏移电压来生成所述平均DC分量。
8.根据权利要求1或2所述的装置，其中，
所述导电层通过所述海事结构物的所述表面的涂层(60)与所述海事结构物隔离；并且/或者
所述导电层通过构成所述介电层的涂层与所述液体隔离。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述装置包括隔离材料箔(111)，所述箔包括彼此相邻定位的多个所述导电层；或者
所述装置包括片状的隔离材料拼片，所述拼片包括一个导电层或者彼此相邻定位的多个所述导电层。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述导电层通过构成所述介电层的所述隔离材料与所述液体隔离；并且/或者
所述导电层通过所述隔离材料与受保护表面隔离。
11.根据权利要求9或10所述的装置，其中，所述一个或多个导电层被嵌入在靠近所述液体的所述隔离材料中以形成具有有限厚度的所述介电层，所述隔离材料还构成在所述导电层与所述海事结构物的所述表面之间的分离层，所述分离层的厚度远高于所述有限厚度。
12.一种具有在与含有生物污损生物的液体接触时要保护的表面的海事结构物，所述海事结构物包括根据权利要求1至11中的任一项所述的装置(100)，其中，
-所述第一导体(121)和所述第二导体(122)跨所述海事结构物分布以提供跨所述表面的受保护区域的电势；
-所述电源(130)具有被耦合到所述第一导体的所述第一极以及被耦合到所述第二导体的所述第二极；并且
-所述一个或多个浮置电极被附着在覆盖所述受保护区域的所述海事结构物的所述表面上。
13.根据权利要求12所述的海事结构物，其中，多个所述浮置电极包括以互补形式成形的所述导电层的图案，每个导电层构成由中断与相邻浮置电极分离的浮置电极，所述中断提供电隔离并且相对于所述浮置电极相对较小；或者多个所述浮置电极包括部分地重叠的浮置电极，所述重叠的浮置电极的所述导电层由隔离材料分离，所述隔离材料在所述部分地重叠的浮置电极的重叠部分之间提供电隔离。
14.一种用于安装根据权利要求1至11中的任一项所述的装置的方法，
所述方法包括：
-将所述一个或多个浮置电极应用于在与含有生物污损生物的液体接触时要保护不受污染的海事结构物的表面上以覆盖表所述面的受保护区域；
-将所述第一导体和所述第二导体跨所述海事结构物分布以提供跨所述受保护区域的电势；
-在所述海事结构物中或者在所述海事结构物上提供所述电源(130)；并且
-将所述第一极耦合到所述第一导体，并且将所述第二极耦合到所述第二导体。
15.一种操作根据权利要求1至11中的任一项所述的装置的方法，
所述一个或多个浮置电极位于要保护不受污染的海事结构物的表面上以覆盖所述表面的受保护区域，所述海事结构物与含有生物污损生物的液体接触；
每个浮置电极包括与所述表面电隔离的导电层以及将所述导电层与所述液体分离的介电层；
第一导体和第二导体跨所述海事结构物分布以提供跨所述受保护区域的电势；
所述方法包括：
-在所述第一导体与所述第二导体之间生成电压脉冲，所述电压脉冲用于由于跨所述受保护区域的电势的变化对所述浮置电极充电和放电，以在所述介电层处的所述液体中生成充电电流和放电电流。
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